Rappresentazione artistica di una misurazione del dicroismo circolare risolta nel tempo di un complesso di spin-crossover fotoeccitato. Credito:Ella Maru Studio, Inc.
Le molecole chirali esistono in due forme, chiamate enantiomeri, che sono immagini speculari l'una dell'altra e non sovrapponibili, proprio come un paio di mani. Sebbene condividano la maggior parte delle proprietà chimiche e fisiche, gli enantiomeri possono avere effetti negativi nei fenomeni (bio)chimici. Ad esempio, una proteina o un enzima può legare solo una forma enantiomerica di una molecola bersaglio. Di conseguenza, l'identificazione e il controllo della chiralità sono spesso fondamentali per la progettazione di composti (bio)chimici, ad esempio nell'industria alimentare, delle fragranze e farmaceutica.
Una tecnica più comune per rilevare la chiralità è chiamata dicroismo circolare, che misura come i campioni chirali assorbono la luce polarizzata circolarmente sinistra e destra in modo diverso per identificare direttamente coppie di enantiomeri. Il dicroismo circolare può anche aiutare a risolvere la conformazione di una molecola attraverso la sua risposta chirale, una caratteristica che l'ha resa uno strumento analitico popolare nelle scienze (bio)chimiche.
Tuttavia, il dicroismo circolare è stato finora limitato nella risoluzione temporale e nell'intervallo spettrale. I ricercatori, guidati da Malte Oppermann nel gruppo di Majed Chergui all'EPFL, hanno ora sviluppato un nuovo strumento a risoluzione temporale che misura i cambiamenti del dicroismo circolare in frazioni di picosecondo (un trilionesimo di secondo), il che significa che può scattare istantanee ultraveloci di la chiralità di una molecola durante tutta la sua attività (bio)chimica. Ciò consente di catturare la chiralità delle molecole fotoeccitate e di risolvere il movimento conformazionale che guida la conversione dell'energia luminosa assorbita.
In collaborazione con il gruppo di Jérôme Lacour dell'Università di Ginevra e Francesco Zinna dell'Università di Pisa, i ricercatori hanno utilizzato il nuovo metodo per studiare le dinamiche di commutazione magnetica dei cosiddetti "complessi di spin-crossover a base di ferro"— un'importante classe di molecole metallo-organiche con applicazioni promettenti nei dispositivi di archiviazione e elaborazione di dati magnetici. Dopo decenni di ricerca, il meccanismo di disattivazione del loro stato magnetico è rimasto irrisolto, nonostante la sua importanza per l'archiviazione dei dati magnetici.
Effettuando un esperimento di dicroismo circolare risolto nel tempo, i ricercatori hanno scoperto che la perdita di magnetizzazione è determinata da una torsione della struttura della molecola che distorce la sua simmetria chirale. Sorprendentemente, il team è stato anche in grado di rallentare il decadimento dello stato magnetico sopprimendo il movimento di torsione nei complessi modificati.
"Questi esperimenti rivoluzionari mostrano che il dicroismo circolare risolto nel tempo è particolarmente adatto a catturare il movimento molecolare che guida molti processi (bio)chimici", afferma Malte Oppermann. "Questo offre un nuovo modo per indagare su fenomeni dinamici impegnativi, ad esempio le rotazioni ultraveloci di motori molecolari sintetici e i cambiamenti conformazionali di proteine ed enzimi nel loro ambiente liquido nativo".
Lo studio è pubblicato su Nature Chemistry . + Esplora ulteriormente
